對(duì)處理單元的分布式電力輸送的制作方法
【專(zhuān)利摘要】提供了用于對(duì)印刷電路板上的處理單元的分布式電力輸送的技術(shù)。在一個(gè)示例中，印刷電路板包括耦連到多個(gè)電通道的處理單元，包括在處理單元的第一側(cè)的一個(gè)或多個(gè)第一通道，以及在處理單元的第二側(cè)的一個(gè)或多個(gè)第二通道。印刷電路板進(jìn)一步包括經(jīng)由第一通道耦連到處理單元的第一電源，以及經(jīng)由第二通道耦連到處理單元的第二電源。處理單元配置為接收總電流，包括實(shí)質(zhì)上同時(shí)從第一電源和第二電源汲取的電流?？傠娏鞔蠹s等于處理單元將從單個(gè)電源汲取的電流。
【專(zhuān)利說(shuō)明】對(duì)處理單元的分布式電力輸送
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總地涉及集成電路，并且更具體地，涉及對(duì)印刷電路板上的處理單元的分布式電力輸送(deli very)。
【背景技術(shù)】
[0002]印刷電路板上的處理單元和其他電路消耗和耗散電力。這類(lèi)處理單元的示例包括但不限于圖形處理單元(GPU)和中央處理單元(CPU)。耦連到處理單元的其他電路包括但不限于將處理單元耦連到印刷電路板上的電源(例如，電池)的電通道。處理單元可消耗電力，例如通過(guò)開(kāi)關(guān)包括在處理單元內(nèi)的器件(例如觸發(fā)器、晶體管等)。處理單元的這類(lèi)操作自然與非零量的浪費(fèi)和/或耗散電力相關(guān)聯(lián)。例如，處理單元所需求的電力致使電流從電源通過(guò)電通道流到處理單元。因?yàn)殡娏髁鲃?dòng)通過(guò)電通道，所以電通道由于其阻抗(例如電阻等)而以熱量的形式自然耗散非零量的電力。因此，所耗散的熱量相當(dāng)于印刷電路板的浪費(fèi)和/或耗散的電力。
[0003]不同的處理單元消耗和耗散不同程度的電力。處理單元的一些實(shí)現(xiàn)方案使用相對(duì)少的電力。例如，移動(dòng)電話(huà)中的處理單元可能僅消耗和耗散幾百毫瓦特的電。嵌入式系統(tǒng)的微控制器可能消耗和耗散幾毫瓦特。相比之下，諸如臺(tái)式機(jī)或便攜式電腦的通用個(gè)人計(jì)算機(jī)的處理單元可能因?yàn)檩^高的復(fù)雜度和個(gè)人計(jì)算機(jī)的速度而消耗和耗散相當(dāng)多的電力。這類(lèi)微電子處理單元可能消耗和耗散大約幾瓦特到數(shù)百瓦特的電力。歷史上，利用真空管所實(shí)現(xiàn)的早期處理單元消耗大約許多千瓦特的電力。
[0004]無(wú)論處理單元是何種類(lèi)型，設(shè)計(jì)高效地實(shí)施處理任務(wù)而不過(guò)熱的處理單元一直是首要設(shè)計(jì)目標(biāo)。此外，印刷電路板的物理設(shè)計(jì)常常包括處理單元耦連到在處理單元一側(cè)的單個(gè)電源。不幸地，在這類(lèi)設(shè)計(jì)(例如，單個(gè)電源在處理單元一側(cè))中，電力常被不必要地耗散。
[0005]如前述所示，本領(lǐng)域需要的是用于將電力分布到印刷電路板上的電子器件的更高效的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本技術(shù)的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案闡述了印刷電路板，其包括耦連到多個(gè)電通道的處理單元，包括在處理單元的第一側(cè)的一個(gè)或多個(gè)第一通道，以及在處理單元的第二側(cè)的一個(gè)或多個(gè)第二通道。印刷電路板進(jìn)一步包括經(jīng)由第一通道耦連到處理單元的第一電源，以及經(jīng)由第二通道耦連到處理單元的第二電源。處理單元配置為接收總電流，包括實(shí)質(zhì)上同時(shí)從第一電源和第二電源汲取的電流?？傠娏骷s等于處理單元原本從單個(gè)電源汲取的電流。
[0007]有利地，所公開(kāi)的方法通過(guò)物理地將電源相位分布在處理單元的周?chē)鷣?lái)提高對(duì)處理單元的電力輸送效率。因此，本技術(shù)可幫助制造商減少耗散在印刷電路板中的電力。減少電力耗散使例如電源(例如電池)能夠更高效并能夠更長(zhǎng)時(shí)間地為處理單元提供能量。【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]因此，可以詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征，并且可以參考實(shí)施例得到對(duì)如上面所簡(jiǎn)要概括的本發(fā)明更具體的描述，其中一些實(shí)現(xiàn)方案在附圖中示出。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)現(xiàn)方案，因此不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制，本發(fā)明可以具有其他等效的實(shí)現(xiàn)方案。
[0009]圖1是示出了配置為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖。
[0010]圖2是示范性印刷電路的概念圖。
[0011]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、具有分布在兩個(gè)不同電源之中的電源的示范性印刷電路板的概念圖。
[0012]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、具有分布在可能不均勻(uneven)的兩個(gè)不同電源之中的電源的示范性印刷電路板的概念圖。
[0013]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、印刷電路板上的分布式電力輸送的示范性曲線(xiàn)圖。
[0014]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、具有分布在三個(gè)不同電源之中的電源的示范性印刷電路板的概念圖。
[0015]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、具有分布在四個(gè)不同電源之中的電源的示范性印刷電路板的概念圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在下面的描述中，將闡述大量的具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明更透徹的理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚，本發(fā)明可以在沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)這些具體細(xì)節(jié)的情況下得以實(shí)施。在其他實(shí)例中，未描述公知特征以避免對(duì)本發(fā)明造成混淆。
[0017]系統(tǒng)概述
[0018]圖1為示出了配置為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的框圖。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包括中央處理單元(CPU) 102和包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序103的系統(tǒng)存儲(chǔ)器104。CPU102和系統(tǒng)存儲(chǔ)器104經(jīng)由可以包括存儲(chǔ)器橋105的互連路徑通信。存儲(chǔ)器橋105可以是例如北橋芯片，經(jīng)由總線(xiàn)或其他通信路徑106 (例如超傳輸(HyperTransport)鏈路)連接到輸入/輸出(I/O)橋107。I/O橋107，其可以是例如南橋芯片，從一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)輸入設(shè)備108 (例如鍵盤(pán)、鼠標(biāo))接收用戶(hù)輸入并且經(jīng)由路徑106和存儲(chǔ)器橋105將該輸入轉(zhuǎn)發(fā)到CPU102。并行處理子系統(tǒng)112經(jīng)由總線(xiàn)或其他通信路徑113 (例如外圍部件互連(PCI)Express、加速圖形端口(AGP)或超傳輸鏈路)耦連到存儲(chǔ)器橋105 ;在一個(gè)實(shí)施例中，并行處理子系統(tǒng)112是將像素傳遞到顯示設(shè)備110 (例如常規(guī)的基于陰極射線(xiàn)管(CRT)或液晶顯示器(IXD)的監(jiān)視器)的圖形子系統(tǒng)。系統(tǒng)盤(pán)114也連接到I/O橋107。交換器116提供I/O橋107與諸如網(wǎng)絡(luò)適配器118以及各種插卡120和121的其他部件之間的連接。其他部件(未明確示出)，包括通用串行總線(xiàn)(USB)或其他端口連接、壓縮光盤(pán)(⑶)驅(qū)動(dòng)器、數(shù)字視頻光盤(pán)(DVD)驅(qū)動(dòng)器、膠片錄制設(shè)備及類(lèi)似部件，也可以連接到I/O橋107。通信路徑互連圖1中的各部件可以使用任何適合的協(xié)議實(shí)現(xiàn)，諸如PC1、PC1-Express (PCIe), AGP、超傳輸或者任何其他總線(xiàn)或點(diǎn)到點(diǎn)通信協(xié)議，并且如本領(lǐng)域已知的，不同設(shè)備間的連接可使用不同協(xié)議。[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，并行處理子系統(tǒng)112包含經(jīng)優(yōu)化用于圖形和視頻處理的電路，包括例如視頻輸出電路，并且構(gòu)成圖形處理單元(GPU)。在另一個(gè)實(shí)施例中，并行處理子系統(tǒng)112包含經(jīng)優(yōu)化用于通用處理的電路，同時(shí)保留底層(underlying)的計(jì)算架構(gòu)，本文將更詳細(xì)地進(jìn)行描述。在又一個(gè)實(shí)施例中，可以將并行處理子系統(tǒng)112與一個(gè)或多個(gè)其他系統(tǒng)元件集成，諸如存儲(chǔ)器橋105、CPU102以及I/O橋107，以形成片上系統(tǒng)(SoC)。
[0020]應(yīng)該理解，本文所示系統(tǒng)是示例性的，并且變化和修改都是可能的。連接拓?fù)?，包括橋的?shù)目和布置、CPU102的數(shù)目以及并行處理子系統(tǒng)112的數(shù)目，可根據(jù)需要修改。例如，在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)存儲(chǔ)器104直接連接到CPU102而不是通過(guò)橋，并且其他設(shè)備經(jīng)由存儲(chǔ)器橋105和CPU102與系統(tǒng)存儲(chǔ)器104通信。在其他替代性拓?fù)渲?，并行處理子系統(tǒng)112連接到I/O橋107或直接連接到CPU102，而不是連接到存儲(chǔ)器橋105。而在其他實(shí)施例中，I/O橋107和存儲(chǔ)器橋105可能被集成到單個(gè)芯片上。大型實(shí)施例可以包括兩個(gè)或更多個(gè)CPU102以及兩個(gè)或更多個(gè)并行處理系統(tǒng)112。本文所示的特定部件是可選的；例如，任何數(shù)目的插卡或外圍設(shè)備都可能得到支持。在一些實(shí)施例中，交換器116被去掉，網(wǎng)絡(luò)適配器118和插卡120、121直接連接到I/O橋107。[0021]圖2是示范性印刷電路202的概念圖。處理單元205、電源210和電通道240耦連到印刷電路板202上。處理單元205經(jīng)由電通道240耦連到電源210。將理解的是，印刷電路板202可包括其他電路(未示出)，諸如存儲(chǔ)器器件和另一個(gè)處理單元，以及其他器件。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，印刷電路板202可位于移動(dòng)系統(tǒng)上，諸如例如手機(jī)、便攜式電腦、平板計(jì)算機(jī)和/或手持游戲設(shè)備，以及其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案(未示出)中，電源210可物理地位于處理單元205的另一側(cè)，而不是如圖2中所示出的在左側(cè)。處理單元205的示例包括但不限于圖形處理單元(GPU)和/或中央處理單元(CPU)。電源210的示例包括但不限于電池，諸如例如鋰離子電池、鋰聚合物電池、鎳鎘電池、鎳金屬氰化物電池、另一類(lèi)型的可充電電池和/或非可充電電池。
[0022]在圖2的示例中，電源210操作為單個(gè)電源并且物理地位于印刷電路板202的一偵U。處理單元205操作為電源210的單點(diǎn)載荷。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，其中電源210配置為對(duì)處理單元205提供多相電源，輸送自電源210的所有電源相位配置為經(jīng)過(guò)(一個(gè)或多個(gè))電通道240到處理單元205。電通道240概括地包括涉及將電力從電源210輸送到處理單元250的任何電路和器件。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，電通道240包括從層壓到印刷電路板202的非導(dǎo)電襯底上的銅片所刻蝕的導(dǎo)電通路、軌道或信號(hào)走線(xiàn)(trace)。
[0023]因?yàn)殡娏髁鬟^(guò)電通道240，所以不幸地，由于印刷電路板202及其部件的固有阻抗，電力在印刷電路板202中和/或印刷電路板202的部件中被耗散。為了描述本技術(shù)，可將阻抗簡(jiǎn)化到電阻，其為阻抗在數(shù)學(xué)上的實(shí)數(shù)部分(與虛數(shù)部分相反)。例如，電通道240具有可簡(jiǎn)化為電阻&的阻抗，電流I1流過(guò)該電阻。電源210以電壓V1進(jìn)行操作。根據(jù)電子電路中相稱(chēng)的歐姆定律，印刷電路板202中所耗散的電力可根據(jù)下面的等式來(lái)描述:
[0024]
/? 散=?( I )
[0025]例如，如果處理單元205需求200安培的總電流，并且電阻R1為0.0002歐姆，那么印刷電路板202中所耗散的電力為8瓦特(2002x0.00 0 2)。制造商可能想盡可能地減少電力耗散。減少電力耗散使例如電源(例如電池)能夠更高效并能更長(zhǎng)時(shí)間地為處理單元提供能量。如下面參照?qǐng)D3-7所進(jìn)一步描述的，本技術(shù)設(shè)計(jì)用于通過(guò)提供分布式電源來(lái)減少印刷電路板中的電力耗散的技術(shù)。
[0026]分布電力輸送以提高效率
[0027]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、具有分布在兩個(gè)不同的電源之中的電源的示范性印刷電路板302的概念圖。印刷電路板302包括和/或耦連到處理單元305、電源310、電源312、電通道340以及電通道342。處理單元305經(jīng)由電通道340耦連到電源310。處理單元305還經(jīng)由電通道342耦連到電源312。因此，在一些實(shí)現(xiàn)方案中，印刷電路板302可配置為類(lèi)似于圖2中的印刷電路板202，但是要具有分布在兩個(gè)電源之中的電源。圖3的系統(tǒng)包括分布式電源(例如電源310和312)以及單點(diǎn)載荷(例如處理單元305)。
[0028]電通道340具有可簡(jiǎn)化為電阻R2的阻抗。電通道342具有可簡(jiǎn)化為電阻R3的阻抗。在圖3的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，電阻R2和電阻R3每個(gè)大約等于圖2的電阻R1的一半。電源310提供電流“并以電壓V2進(jìn)行操作。電源312提供電流“并以電壓V3進(jìn)行操作。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，電流i2和電流i3每個(gè)大約等于圖2的電流I1的一半。
[0029]每個(gè)電源(310，312)可定位在印刷電路板302上任何許可的物理位置處。例如，如圖3中所示，處理305可利用電源310和312在其相反兩側(cè)而被配置。在另一個(gè)示例(未示出)中，處理305可利 用一個(gè)電源在處理單元305的第一側(cè)、并且另一個(gè)電源在物理上與第一側(cè)大致正交的第二側(cè)而被配置。機(jī)械約束限制電源(310，312)的許可的配置。例如，器件(例如存儲(chǔ)器器件、導(dǎo)電通道、電軌、CPU、GPU等)的物理位置和/或局限性可限制電源(310,312)的許可配置。
[0030]如上文參照?qǐng)D2所描述的，電源(例如多相電源)可在處理單元305的一側(cè)具有所有電源相位，但不是在兩側(cè)或更多側(cè)。這類(lèi)單個(gè)電源意味著從電源所輸送到處理單元的所有電力均經(jīng)過(guò)在處理單元的任一側(cè)、而不是在多于一側(cè)上的電通道。
[0031]相比之下，圖3的印刷電路板302的部件配置為通過(guò)物理地將電源相位分布在處理單元305的周?chē)鷣?lái)提高電力輸送到處理單元305的效率。印刷電路板302的部件將電源分布在處理單元305的兩側(cè)。例如，部件對(duì)較高電力GPU所需的多相電源進(jìn)行分布，允許電力輸送實(shí)質(zhì)上同時(shí)流向GPU的左邊和右邊。
[0032]在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，輸送到處理單元305的電力可被從電源310和電源312大約均勻地分布。處理單元305是單點(diǎn)載荷。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案，總電阻(R2+R3)可與圖2的電通道240的電阻R1大約相同。但是，總電阻(R2+R3)被各自分到電通道340和電通道342上。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，特定電流流動(dòng)所要求的電通道的數(shù)目與流自電源的電流量成比例。根據(jù)電子電路中相稱(chēng)的歐姆定律，印刷電路板302中所耗散的電力可根據(jù)下面的等式來(lái)描述:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種印刷電路板,包括: 耦連到多個(gè)電通道的處理單元，包括在所述處理單元的第一側(cè)的一個(gè)或多個(gè)第一通道，并且進(jìn)一步包括在所述處理單元的第二側(cè)的一個(gè)或多個(gè)第二通道； 經(jīng)由所述一個(gè)或多個(gè)第一通道耦連到所述處理單元的第一電源；以及 經(jīng)由所述一個(gè)或多個(gè)第二通道耦連到所述處理單元的第二電源； 其中所述處理單元配置為接收包括實(shí)質(zhì)上同時(shí)從所述第一電源和所述第二電源汲取的電流的總電流，其中所述總電流約等于所述處理單元原本將從單個(gè)電源汲取的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述第一電源配置為對(duì)所述處理單元提供第一電流，所述第二電源配置為對(duì)所述處理單元提供第二電流，并且其中所述第一電流和所述第二電流之和約等于所述總電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述第一電源配置為對(duì)所述處理單元提供第一電流，并且所述第二電源配置為對(duì)所述處理單元提供第二電流，所述第一電流和所述第二電流之和約等于所述總電流，并且所述第一電流和所述第二電流各自約等于所述總電流的一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述第一電源配置為對(duì)所述處理單元提供第一電流，所述第二電源配置為對(duì)所述處理單元提供第二電流，所述第一電流和所述第二電流之和約等于所述總電流，并且所述第一電流不等于所述第二電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述處理單元的所述第一側(cè)與所述處理單元的所述第二側(cè)在物理上大致相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述處理單元的所述第一側(cè)與所述處理單元的所述第二側(cè)在物理上大致正交。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中分布式電源配置為，在所述印刷電路板中耗散的電力比原本與所述單個(gè)電源相關(guān)聯(lián)的電力耗散更少。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述多個(gè)電通道進(jìn)一步包括在所述處理單元的第三側(cè)的一個(gè)或多個(gè)第三通道，并且其中所述印刷電路板進(jìn)一步包括經(jīng)由所述一個(gè)或多個(gè)第三通道耦連到所述處理單元的第三電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的印刷電路板，其中所述多個(gè)電通道進(jìn)一步包括在所述處理單元的第四側(cè)的一個(gè)或多個(gè)第四通道，并且其中所述印刷電路板進(jìn)一步包括經(jīng)由所述一個(gè)或多個(gè)第四通道耦連到所述處理單元的第四電源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述印刷電路板被布置在移動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)，所述移動(dòng)系統(tǒng)包括下列中的至少一個(gè): 手機(jī)； 便攜式電腦； 平板計(jì)算機(jī)；或 手持游戲設(shè)備。
【文檔編號(hào)】G06F1/26GK103914117SQ201310746929
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】布賴(lài)恩·羅杰·羅艾勒爾 申請(qǐng)人:輝達(dá)公司